Расчеты ТЭП

Задание и исходные данные к расчету.

Разработать и  рассчитать систему снабжения сжатым воздухом химического предприятия  г. Астрахани при следующих условиях работы:

• годовое потребление воздуха
• число часов воздухопотребления

 

Показатели  графика воздухопотребления:

• коэффициент максимально длительной нагрузки
• коэффициент максимально возможной нагрузки

 

Параметры воздуха, требуемые потребителем:

• давление в коллекторе у потребителя
• температура сжатого воздуха
• влагосодержание воздуха

 

Характеристика  воздушной магистрали:

• суммарная длина прямых участков
• число тройников
• число задвижек
• число поворотов на 90⁰

 

Дополнительные  условия:

• расход в ответвления магистрали отсутствует;
• часть воздуха в количестве Q_ад дополнительно осушать до точки росы t_тр = -50 ⁰С;
• производственное водоснабжение осуществляется от локальной оборотной системы водоснабжения с градирнями;
• хладагент — хладон R22
• хладоноситель — водный раствор этиленгликоля.

 

 

 

1. Расчет нагрузки на КС и выбор основного оборудования.

Среднегодовая нагрузка станции с учетом 10 % потерь воздуха в коммуникациях:

Максимально длительная нагрузка на КС:

Максимально возможная  нагрузка на КС:

При данных нагрузках  возможен вариант схем КС с использованием центробежных компрессоров.

 

Станция с ЦБК

Для станции  с центробежными компрессорами  оптимальное количество рабочих машин обычно составляет

 

1-й вариант:

Примем 

Расчетная производительность одного компрессора составит:

В этом варианте возможно использование компрессора К-250-61-5 (табл.10)

В этом случае при  работе ТКУ в расчетных режимах  КС будет иметь следующие производительности:

т. е. имеется некоторая избыточность в резерве:

 

 

 

2-й вариант:

Примем 

Тогда расчетная  производительность одного компрессора  должна быть:

Возможна установка  компрессора К-345-92-1

В таком случае производительности и коэффициент  резерва КС составят:

Для дальнейших расчетов выбираем 2-й вариант КС с ТКУ

 

 

2. Расчетные  параметры окружающей среды и  охлаждающей воды.

Барометрическое давление

расчетная температура 

энтальпия

ширина зоны охлаждения

В соответствии с i-d диаграммой Рамзина в этих условиях:

влагосодержание воздуха 

относительная влажность 

температура «мокрого»  термометра

температура насыщения (точка росы)

В качестве водоохлаждающего устройства локальной оборотной  системы водоснабжения КС принимаем вентиляторную градирню с пленочным оросителем.

В качестве расчетных условий работы градирни принимаем:

плотность орошения g = 2,5 л/(м²ч)

амплитуда суточных колебаний температуры 

 

 

3. Расчетная схема системы воздухоснабжения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Гидравлический расчет воздушной магистрали.

За  расчетный расход воздуха принята  максимально длительная нагрузка КС.

1. Определяется массовый расход воздуха в магистрали:

где -  плотность воздуха в стандартных условиях

2. Определяется ориентировочная приведенная длина трубопровода:

3. Принимается в первом приближении величина удельного падения давления:

4. Определяются падение давления в магистрали (в 1-м приближении):

5. Определяется среднее давление в магистрали:

6. Определяется средняя плотность воздуха в трубопроводе:

- температура  нагнетаемого воздуха

- стандартные  атмосферные условия.

7. Определяется объемный расход воздуха в магистрали:

8. Выбирается значение экономически оптимальной скорости воздуха:

9. Определяется расчетный внутренний диаметр трубопровода магистрали:

10.  По ГОСТу (табл. 4) для магистрали выбирается стальная бесшовная труба с и толщиной стенки с абсолютной шероховатостью и относительной шероховатостью , у которой
11. Вычисляется фактическая скорость движения воздуха в трубе:

12.  Определяется значение числа Рейнольдса, характеризующего режим течения:

где - коэффициент динамической вязкости воздуха при (табл. 9)

13. Оцениваются границы применимости расчетных формул:

Так как  , то расчетное значение коэффициента трения

14. Определяются эквивалентные длины местных сопротивлений

(табл.6):

• для задвижек:
• для тройников:

                                    

                                    

                                    

                                    

для колена с коэффициентом местного сопротивления  (табл. 7):

(по  табл. 6 )

15. Определяется приведенная длина магистрали во втором приближении:

рассчитываются  потери давления в магистрали:

16.  Определяется уточненное значение среднего давления воздуха:

17.  Определяется уточненное значение средней плотности воздуха:

18.  Расхождение в значениях плотности воздуха по приближениям составляет:

что меньше допустимого 2,5 %

19. Определяется давление воздуха в коллекторе КС:

 

 

Расчет  участка нагнетательного трубопровода отдельной КУ (от РТО до коллектора КС)

Диаметр нагнетательного  трубопровода КУ оценивается по номинальной производительности компрессора

1. Определяется массовый расход воздуха:

2. Определяется объемный расход в нагнетательном трубопроводе:

3. Определяем диаметр трубопровода:

4. По ГОСТ (табл. 6) выбирается труба 325ˣ8 с внутренним диаметром
5. Определяется реальная скорость потока воздуха:

6. Определяется число Рейнольдса:

7. Определяем абсолютную и относительную шероховатость:

8. Определяем границы режимов:

9. Определяем коэффициент трения:

10.  на участке от РТО до ресивера принимаются эквивалентные длины местных сопротивлений:

11.  определяется ориентировочно приведенная длина:

12.  определяются потери давления в трубопроводе от сил трения:

13.  определяются потери давления в ресивере и поворотах трубопровода обвязки. Принимаем коэффициенты сопротивлений (табл. 7):

- выход из трубы в  сосуд больших размеров;

- вход в трубу без  закругления кромок;

^- колено с углом поворота 90⁰

 

Эквивалентная длина этих сопротивлений:

Потери давления от местных сопротивлений:

14.  определяются общие потери давления в нагнетательном трубопроводе на участке от РТО до нагнетательного коллектора КС:

 

 

Оценка  потерь давления в системе осушки воздуха

Так как отсутствует монтажная схема  системы осушки, то потери давления в аппаратах и влагоотделителях оцениваются на основе эксплуатационного опыта. Приняты следующие потери давления: - в теплообменниках; - во влагоотделителях и соединительных трубопроводах.

Оцениваются значения давления воздуха в характерных  точках схемы:

 

 

 

5. Тепловой расчет турбокомпрессорной установки К -345-92-1

• Потери давления на линии всасывания

• Коэффициенты, учитывающие потери давления в промежуточных и концевом охладителях воздуха:
• Недоохлаждение воздуха до температуры воды в промежуточных охладителях
• Адиабатные КПД ступеней сжатия ТКУ
• электромеханический КПД привода ТКУ

 

Определяются:

1. значения давлений на всасывании и нагнетании компрессора:

2. степени повышения давления в секциях ТК:

3. давления воздуха между ступенями сжатия:

4. значения температур воздуха на входе в секции сжатия:

5. удельные работы сжатия воздуха по секциям:

Здесь к = 1,4 — показатель адиабаты для воздуха;

R = 0,287 кДж/кг·К — газовая постоянная воздуха.

6. Значения температур воздуха на выходе из секций:

Здесь С_ср =1,02 кДж/ кг·К — средняя изобарная теплоемкость воздуха в процессах сжатия.

7. Массовая производительность компрессора в рассчитываемых условиях:

- плотность воздуха  на всасывании.

8. электрическая мощность, потребляемая приводом компрессора:

 

 

6. Расчет системы осушки сжатого воздуха
1. Вычисляется температура воздуха, обеспечивающая заданное потребителем влагосодержание.

Так как  , то парциальное давление водяных паров в осушенном воздухе составит:

В соответствии с термодинамическими свойствами воды и водяного пара , это давление соответствует  температуре насыщения  . Принимаем

2. значения температур воздуха (в точках 1 и 2) определяются из уравнения теплового баланса для РТО. Принимаем средний температурный напор в РТО:

3. тепловая мощность регенеративного теплообменника составляет:

4. требуемая поверхность теплообмена оценивается примерно:

5. вычисляется количество отделяемой влаги в теплообменниках системы осушки:

а) в  концевом воздухоохладителе — это  разность между начальным влагосодержанием воздуха и насыщающим влагосодержанием воздуха в точке 1, если она меньше. При

Так как  , то выпадение влаги после ВОК не происходит.

б) влагосодержание  воздуха в точке 2 (после РТО) при 

Количество  выпадаемой в виде росы влаги в точке 2

в) количество отделяемой влаги в охладителе-осушителе:

Суммарное количество атмосферной влаги, отделяемой в воздухоохладителях КУ:

 

 

 

 

 

 

 

Выбор холодильной машины.

Тепловая  нагрузка охладителя осушителя (холодопотребление)

 

Требуемая холодопроизводительность источника  холода с учетом теплопритока в систему  холодоснабжения через изоляцию составит:

Оцениваются температуры конденсации и испарения  ХА в холодильном цикле. Для этого  принимаем следующие минимальные  температурные напоры в аппаратах системы осушки воздуха:

В соответствии с диаграммами распределения  температур в теплообменниках КС оцениваются:

Тогда требуемая поверхность теплообмена  воздухоосушителя оценивается:

Средний температурный напор в ООВ:

Выбирается  холодильная машина, работающая на хладоне R22

МКТ 80-2-0

Диапазон  рабочих параметров:

Расчетные условия работы:       

 

Пересчет  стандартных условий работы ХМ на рабочие приведен в табл.1

 

Табл.1 Таблица термодинамических параметров R22 для стандартных и рабочих условий

Условия работы
Стандартные	5	0,58	1,35	200,3	0,04
Рабочие	-13	0,37	1,35	214,4	0,07

 

Степень повышения  давления в компрессоре  в рабочих условиях ниже, чем в стандартных.

Следовательно, коэффициент подачи холодильного компрессора в рабочих условиях будет выше, чем в расчетных, т. е. .

Для упрощения  можно принять  .

Реальная холодопроизводительность в рабочих условиях составит:

,

что превышает  требуемую (без учета роста коэффициента подачи λ) на

 

Таким образом, МКТ80-2-0 соответствует требуемым  условиям, и может быть использована в системе.

МКТ80-2-0 представляет собой одноступенчатую агрегатированную холодильную машину с водоохлаждаемым  конденсатором и регенеративным охлаждением жидкого ХА после конденсатора, работающую на R22.

 

 

 

 

Расчет  цикла холодильной машины.

Определяются:

1. параметры ХА в характерных точках системы, которые сводятся в табл.2.

 

Таблица 2. Термодинамические параметры ХА в цикле

№ точек
1	12	0,32	708,6	1,73
2ад	70	1,35	747,15	1,73
2		1,35	756,7	-
3	35	1,35	542,8	-
4	28	1,35	533,6	-
5	-13	0,32	533,6	-
6	-13	0,32	699,4	-

 

Принята величина перегрева паров ХА на линии  всасывания:

Энтальпия в точке 4 определяется из соотношения:

Энтальпия в точке 2 находится из выражения  для адиабатного КПД компрессора, где принято

2. удельная тепловая нагрузка испарителя ( )

3. удельная внутренняя работа компрессора

4. массовый расход ХА, циркулирующего в контуре холодильной машины

5. тепловая нагрузка конденсатора

6. мощность, потребляемая компрессором

 

Проверка  теплового баланса в цикле  ХМ:

 

Погрешность баланса составляет при этом:

7. электрическая мощность ХМ при принятом значении электромеханического КПД

8. холодильный коэффициент ХМ:

9. эксергетический КПД ХМ по хладагенту:

где - коэффициент работоспособности теплового потока при температуре кипения хладоагента.

 

 

Расчет  системы холодоснабжения

В качестве хладоносителя принимается водный раствор этиленгликоля с температурой замерзания . Обычно температура замерзания ХН выбирается на величину ниже температуры кипения ХА в испарителе. Принято , тогда

что соответствует концентрации раствора (табл. 28)

Подогрев  ХН в ООВ принимается 

Расход  ХН в циркуляционной системе холодоснабжения  составляет:

где

- теплоемкость ХН при средней рабочей температуре

В объемных единицах расход ХН при плотности  раствора ХН составит:

Расчет напора циркуляционного насоса возможен только при выполненной монтажной схеме системы холодоснабжения. Приблизительно оценивается требуемый напор .

 

Для циркуляции ХН выбирается насос марки  «К22»:

подача 45 м³/ч

напор 19 м

мощность 4,5 кВт

частота вращения 2900 об/мин

 

Потребляемая  электрическая мощность составляет:

 

 

7. Расчет системы оборотного водоснабжения для КС с ТКУ.

Общий расход производственной воды складывается из расходов ПО, ВОК и конденсаторе ХМ.

Тепловые  нагрузки водоохлаждаемых аппаратов  КС составляют:

а) в  промохладителях воздуха:

б) в  концевом охладителе воздуха:

в) тепловая мощность конденсатора ХМ системы осушки определена в расчете цикла ХМ

Расходы воды в аппаратах составят:

- теплоемкость  воды

Суммарное потребление воды в КУ с учетом 10 % расхода воды в маслоохладителях составляет:

или в объемных единицах:

Общий расход оборотной воды на КС для охлаждения рабочих машин составит:

или в объемных единицах:

Необходимая площадь поперечного сечения  пленочного оросительного устройства ориентировочно составляет:

где - принятое значение плотности орошения в градирне.

Выбирается 6-секционная вентиляторная градирня с поперечным сечением оросителя секции (размеры секции ). Всего 6 секций с площадью орошения (табл.2)

Действительная  плотность орошения в градирне составит:

При сохранении принятых ранее значений необходимого напора циркуляционных насосов оборотной системы определяется потребляемая насосами электрическая мощность:

здесь - плотность воды;

          - ускорение свободного падения;

          - требуемый напор насоса